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  日益增長的儲能需求和資源供應短缺引發了鋰離子電池成本的不斷增加，導致其在電動汽車和固定式儲能裝置中的大規模應用受到限制。鈉離子電池（SIBs）由于鈉的高豐度和低成本，是一種更具吸引力和競爭力的儲能系統。目前，SIBs的研究工作主要集中在探索高性能電極材料，如過渡金屬化合物、普魯士藍及其衍生物。然而，由于過渡金屬資源的不可再生性以及回收利用所需的高昂成本，從長遠角度來看傳統無機過渡金屬基電極材料可能會面臨資源短缺的難題。因此，環境友好、儲量豐富、結構多樣的有機電極材料成為了當前電池領域的研究熱點。然而，有機電極材料的低電子導電性和高溶解特性嚴重限制著鈉離子電池的倍率和循環性能。

  近日，安徽大學張朝峰課題組等人利用聚合反應合成了一種具有共軛和分級結構的多孔有機聚合物負極材料，聚(2,4,6-三(噻吩-2-基)-1,3,5-三嗪)（CPTA）。并且通過原位TEM，非原位光譜以及理論模擬探究了其充放電過程中鈉離子的存儲機制以及結構演變規律。其獨特的分子和空間結構使CPTA具有高的電子/離子傳輸特性、豐富的活性位、高的結構穩定性以及低溶解特性。結果顯示，作為鈉離子電池（SIBs）負極時，CPTA表現出優異的倍率和循環性能。該研究工作以“Porous Organic Polymer with Hierarchical Structure and Limited Volume Expansion for Ultrafast and Highly Durable Sodium Storage”為題發表在國際知名學術期刊《Advanced Materials》上。安徽大學張龍海講師、博士生王睿為共同第一作者，安徽大學張朝峰教授、阜陽師范大學康紅衛副教授為共同通訊作者。

圖1 a）CPTA的合成示意圖。b）TA和CPTA的FT-IR圖譜。c）CPTA的XPS圖譜。d-f）C1s、S2p、N1s的XPS圖譜。g）TA和CPTA的TGA曲線。

圖2 a-e）CPTA的FESEM，元素C、N和S的映射圖像以及TEM圖像。f，g）CPTA-1、CPTA和CPTA-2的N₂吸附/脫附等溫線和孔徑分布圖。h）CPTA的CO₂吸附/脫附曲線（插圖為孔徑分布圖）。

4. 電化學性能表征

圖4 a）CPTA電極的CV曲線。b） TA、CPTA、CPTA-1和CPTA-2在0.1 A g^?1下的循環性能。c）TA和CPTA在電解液中的溶解照片。d）TA、CPTA、CPTA-1和CPTA-2的倍率性能。e）CPTA與其他有機/無機電極材料的電化學性能對比圖。f）CPTA不同掃速的CV曲線及其log i vs. log v曲線。g）CPTA在2 A g^?1電流密度下的循環性能。h）不同循環圈數下CPTA的FT-IR圖譜。

圖5 a）原位TEM測試裝置示意圖。b-l）CPTA充放電過程中的形貌演變。m,n）CPTA充放電過程中的尺寸和體積膨脹變化。o）CPTA與其他有機/無機電極材料的體積膨脹對比圖。

7. 儲鈉機制與全電池性能研究

  原文鏈接：Longhai Zhang, Rui Wang, Zixiang Liu, Jiandong Wan, Shilin Zhang, Siming Wang, Kang Hua, Xiaohao Liu, Xunzhu Zhou, Xiansheng Luo, Xiaoyang Zhang, Mengge Cao, Hongwei Kang,* Chaofeng Zhang,* and Zaiping Guo, Porous Organic Polymer with Hierarchical Structure and Limited Volume Expansion for Ultrafast and Highly Durable Sodium Storage, Advanced Materials, 2023. 

  https://doi.org/10.1002/adma.202210082

作者介紹

  張朝峰，安徽大學物質科學與信息技術研究院教授，博士生導師，安徽省杰出青年基金獲得者，安徽省萊布尼茲材料科學國際聯合研究中心副主任。《Materials Today Energy》、《Chinese Chemical Letters》及《eScience》青年編委，《Frontiers in Chemistry》雜志客座副主編。主要研究方向為新型金屬離子電池材料及機理等的研究。主持國家自然科學基金面上項目，安徽省杰青項目，安徽省優秀科研創新團隊，安徽大學高層次人才啟動項目，安徽省留學人員創新項目擇優資助計劃等十多項。共發表80多篇論文。相關文章發表在Advanced Materials, Advanced Energy Materials, Energy & Environmental Science, Nano Energy, Advanced Functional Materials, Advanced Science, Chemical Science, Chemical Engineering Journal, Journal of Materials Chemistry A, Journal of Power Sources, ACS Applied Materials & Interfaces, Carbon, Energy Storage Materials, Angewandte Chemie International Edition等期刊上。